从20世纪50年代开始，随着生物遗传育种技术的进步，耕地面积的扩大，化学肥料及农药的大量使用，世界农业取得了长足发展。但这种农业增长模式也同时带来了水土流失、生态环境恶化、水资源浪费、生物多样性遭到破坏等一系列问题。进入21世纪后，人类正逐渐由工业社会走向知识经济时代的大门。20世纪80年代以来信息技术的高速发展，已使它迅速渗透到国民经济的各个部门并改变着人们的生活方式、工作方式和思维方式，引发着许多传统技术思想和观念的革命。“精准农业”技术作为信息技术在农业领域的应用，正受到越来越多人们的关注。
3.5.1精准农业
精准农业是将现代化信息技术与农学、农业工程技术集成，应用于“高产、优质、高效”现代农业的精耕细作技术。“精准农业”的核心，就是要利用现代空间信息技术，获取农田内影响作物的生长和产量的各种因素的时空差异，避免因对农田的盲目投入所造成的浪费和过量施肥施药造成的环境污染。具体而言，就是利用卫星定位系统（GPS）对采集的农田信息进行空间定位；利用遥感技术（RS）获取农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息；利用地球信息系统（GIS）建立农田土地管理、自然条件（土壤、地形、地貌、水分条件等）、作物产量的空间分布等的空间数据库，并对作物苗情、病虫害、墒情的发生发展趋势进行分析模拟，为分析农田内自然条件、资源有效利用状况、作物产量的时空差异性和实施调控提供处方信息；在获取上述信息的基础上，利用作物生产管理辅助决策支持系统（DSS）对生产过程进行调控，合理地进行施肥、灌溉、施药、除草等耕作措施，以达到对田区内资源潜力的均衡利用和获取尽可能高的产量。简而言之，实施“精准农业”技术的目的就是提高耕地资源的产量潜力，实施合理投入、科学管理，谋求作物生产的最好经济效益。
当前发达国家，精准农业技术体系已应用于小麦、玉米、大豆、甜菜和马铃薯等作物的生产管理上。1995年美国约有5％的作物面积不同程度的应用了精准农业技术，近年来又有了更为迅速的发展。不仅发达国家对精准农业技术实践非常重视，巴西、马来西亚等国亦已开始了试验示范应用。我国着重研究了近年来发达国家精准农业的技术思想，并已探索我国农田作物精细经营之路。可以说，21世纪初精准农业技术体系将为我国主要商品粮棉地区实现可持续发展提供一种新的途径和机遇。精细农作的逐步深化，将近一步推进大田作物、设施农作、养殖业和加工业的精细管理的整体发展。精准农业技术体系在21世纪具有广阔的应用前景。
3.5.2“4R”施肥技术
20世纪90年代以来，随着信息技术的发展，尤其是“4S”技术（即遥感技术RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、专家系统ES）在农业中的运用，国外精确农业得到了长足发展，并成为主要发达国家合理利用农业资源，改善生态环境的前沿研究领域之一。精准施肥是实施精准农业的重要内容之一，是以不同空间单元的产量数据与其他多层数据（土壤理化性质、病虫草害、气候等）的叠合分析为依据，以作物生长模型、作物营养专家系统为支持，以高产、优质、环保为目的的变量处方施肥理论和技术。以“4S”技术为基础的精准施肥技术是基于光谱反射特征识别物体的遥感技术，利用作物叶片光学特性，检测作物冠层的光反射和吸收性质，诊断作物营养状况，特别是氮素营养状况，并指导施肥。该方法可以排除大面积农田取样，更为快速和省时省力的实现无破坏、快速、实时监测。研究表明，采用遥感技术可直观地了解整个试验区的土壤养分丰缺状况；而利用SPAD、归一化植被指救（NDVI）等数据能够准确估测作物生物量和氮素吸收率，据此采取的精确施氮肥比粗放管理节约肥料48.7％，节约用肥量32~57千克/公顷。国外最早提出采用遥感技术快速诊断作物植株养分状况并精准施肥。人们利用田间作物的归一化植被指数预测作物潜在产量和作物的氮吸收，诊断施氮量。采用无损测试技术，通过光传感器实时获取作物冠层反射光谱的面状信息，并相应计算出每平方米的潜在产量和施氮量，直接精确指导大田施肥。在此基础上，人们又提出“4R”氮肥管理模式指导生产，即采用遥感技术实时监测和诊断作物生育期养分供应状况，然后选用合适的肥料（Right Source）于作物生长的合适阶段（Right Time），在合适的位置（Right Place），施用合适的氮肥量（Right Rate）。
3.5.3智能化节水灌溉管理技术
精量灌溉系统包括三个组成部分：一是田间土壤水分自动测定系统，二是设施灌溉系统，三是计算机自动控制系统。核心技术是计算机自动控制。主要功能是通过连续监测土壤墒情变化，结合特定作物的需水规律，准确地确定灌溉时间或灌溉定额，达到充分节水和满足作物需水的双重目的。将肥料加于灌溉水中施用通常称为“灌水施肥”，这种施肥方式已成为常规农业的措施。利用灌溉水施肥已被人们认为是最方便、最经济的施肥技术。美国自20世纪70年代以来，灌溉方法发生了若干变化，实现了水和肥料养分利用率的提高。在农业集约经营程度较高而水较缺乏或水价较高的地区，滴灌或亚表灌溉系统较为流行。提高效率，节约劳力，降低能耗；不论在作物的那个生长阶段或机械能否进入的大田，均可灵活地施用养分，适应作物对养分的需求；可使作物根带维持土壤最适水分和养分，以满足植物旺盛生长的需要，同时留下一部分未湿润的土壤供贮存雨水之用，可以减少养分的淋溶。精量灌溉就是利用优良的灌溉系统，根据不同作物、作物不同生长期和土壤条件，精确地施用、分配养分，根据不同作物的需肥模型决定最佳施用时间和施用量，扣除土壤中的养分，根据不同作物的需肥模型设计肥料施用时间和施用量。其使用量要充分考虑精量灌溉特点，做到适量勤灌，以提高肥料吸收利用率。良好的灌溉仍是提高肥效的关键因素之一。水流过量过大会造成肥料分布不均，导致养分损失。
3.5.4精准农业耕作
精准农业耕作是一种把科学的精确性引进农田耕作生产的方法。它根据田间作物生长条件和产量状况等差别，应用地理信息系统技术（GIS）全球卫星定位系统（GPS）、智能农机技术进行农业生产信息管理及农田投入的调节与控制，从而达到提高效益、避免资源浪费、减少环境污染的目的。根据精准农业耕作的基本内容，可将其分为以下两方面：
第一，农业信息技术应用研究方法。搜集、整理各种不同类型农业信息，包括文字、数据、图片等，将信息输入计算机，按技术标准建立信息系统；建立数学模型，进行信息处理分析；运行信息系统。全面实现数据存储、查询、操作、显示、输出、分析、预测等功能，提供决策咨询。
第二，精准农业耕作技术示范方法。由于精准农业技术尚处于起步阶段，智能农业装备需大量资金，采取分步实旋的办法，在先期阶段采用农田措施方案和地图；利用常规农业装备，在全球定位系统和人工介入的情况下精确定位，定量投入。建立人机结合精确定位的可变施肥系统。根据我国国情逐步推进，使精准农业技术日趋完善。根据试验示范的需要，逐步引进产量定位采集仪、土壤状况定位采集仪等设备。精准农业耕作有利于提高农产品产量，高效利用资源，降低投入成本，减少对环境的污染。
现代科学技术在当代农业生产体系耕作、栽培等各个环节中的广泛运用，使得传统的农业生产工具得到了改善，大大提高了土地利用率，同时极大地提高了劳动生产率，增加了农产品产量，改善了农产品质量，改变了传统农业生产管理的理念，而精耕细作的农业生产体系逐渐发生变化，推动了人类社会由农业社会向工业社会的转变。4五谷情结谷类作物（包括稻谷、小麦、大麦、玉米、燕麦等）是粮食作物的一类，其产品含有大量的淀粉、蛋白质、脂肪及维生素等。栽培谷物不仅为人类提供粮食和某些副食品，以维持生命的需要，并为食品工业提供原料，为畜牧业提供精饲料和大部分粗饲料，故谷物生产是多数国家农业的基础。世界粮食作物种植面积约占农作物总播种面积的85％，其中小麦、稻谷和玉米约占世界粮食总产量的80％。小麦、稻谷和玉米从其起源地经过陆路、海路等不同的途径向世界各地进行传播，并在所在地定居和生长发育。人类依据作物的生育特性、当地的自然环境，形成了颇具特色的栽培管理技术，进一步推动了谷物产量的提高和品质改善，为谷物生产的发展和粮食安全注入了新的活力。
4.1小麦〔1〕4.1.1小麦进化史上的两次跃进小麦的原始祖先是野麦草——野生一粒小麦。野生一粒小麦即每小穗只结实一粒，穗很小，穗轴容易折断。一般认为栽培一粒系小麦来自野生一粒小麦，当野生一粒小麦进化为栽培一粒系小麦时，首先失去护颖的高度木质化和穗轴逐节自然断落的特性。栽培一粒系小麦的起源地在土耳其东南部，在距今大约6000年，欧洲地中海沿岸国家已经广泛种植一粒系小麦。在长期栽培过程中，一种跟一粒系小麦生长在一起的禾本科野草——野生二倍体的拟山羊草和一粒小麦发生天然授粉杂交，杂种经过染色体的自然加倍，进化成为28条染色体的四倍体二粒系小麦，这是小麦进化史上的第一次飞跃。
距今5000多年前，二粒系小麦已经在非洲尼罗河三角洲、美索不达米亚和欧洲的一些地区种植了。在瑞士“湖滨居地”新石器时代遗址，曾发现栽培二粒系小麦的穗。近代在我国的新疆菇羌县古墓里，曾发现在地下沉睡了500多年的一种古老的二粒系小麦子粒，播种后仍能发芽和解释，经选育和繁殖，现已经在年降水量只有50毫米的诺羌地区推广，定名为戈壁麦。
二粒系小麦经过长期栽培后，又分化不少类型，如二粒小麦、圆锥小麦、硬粒小麦、东方小麦等。现在仍在地中海沿岸和中东一带广泛种植。在长期栽培中，有一种叫草（山羊草属）的野生二倍体植物又跟二粒系小麦发生杂交，杂交后经染色体天然加倍后表现出穗大、子粒多的特征，由此发展成为近代小麦的祖先——六倍体普通小麦。这是小麦进化史上的第二次飞跃。
4.1.2小麦起源与传播
小麦是人类古老的栽培作物之一。小麦起源于亚洲西部，外高加索及其邻近地区，西亚和西南亚一带至今还广泛分布有野生一粒小麦、野生二粒小麦与普通小麦亲缘关系较近的粗山羊草。从小亚细亚到伊朗的中东部地区，特别是伊朗西南部、伊拉克西北部和土耳其东南部地区，是栽培一粒小麦和提莫菲维小麦最早的驯化地；以色列西北部、叙利亚西南部、黎巴嫩东南部是野生二粒小麦的分布中心和栽培二粒小麦起源地；普通小麦的出现晚于一粒小麦和二粒小麦，一般认为是大约在8000年前，起源于里海的西南部。据考证，历史上某一时期，伊朗西部某地区栽培的二粒小麦被带到粗山羊草分布地区后，发生自然杂交，其杂种经染色体自然加倍后产生了普通小麦。
4五谷情结科普通鉴·古今农事据考古研究，小麦是新石器时代人类对野生祖先进行驯化的产物，栽培历史已经有1万年以上。中亚广大地区，曾在史前原始社会居民点发掘出许多残留的实物，其中包括野生的和栽培的小麦小穗、子粒，炭化麦粒、麦穗、麦粒在硬泥上的印痕，其后，从西亚、近东一带传入欧洲和非洲，并东向印度、阿富汗、中国传播。早在公元前7000~前6000年，在土耳其、伊朗、巴勒斯坦、伊拉克、叙利亚、以色列就已经广泛栽培小麦；公元前6000年在巴基斯坦，公元前6000~前5000年在欧洲的希腊和西班牙，公元前5000~前4000年在非洲的埃及，公元前3000年在印度，都已先后种植小麦。中国的小麦是由黄河中游逐渐扩展到长江以南地区，并传入朝鲜、日本。15~17世纪，欧洲殖民者将小麦传播至南、北美洲；18世纪，小麦传播至大洋洲。
小麦传入中国的时间较早，小麦是中国古代五谷之一，其栽培历史悠久。黄河下游是举世闻名的古老农业区，也是我国栽培小麦的重要起源地。考古资料证明，距今约7000年前，在河南省陕县东关帝庙底沟原始社会遗址的红烧土台上就有麦类印痕；随后在甘肃东灰山原始社会遗址发现小麦炭化子粒，距今5000年左右；在安徽亳县钓鱼台新石器遗址发现大量普通小麦子粒，距今约4000年，此外在新疆孔雀河畔古墓中、甘肃民乐县西灰山遗址、青海诺木洪遗址等地也都发现了距今3000多年的炭化小麦，说明殷商时期，小麦栽培已经由黄河流域传播到我国的西部、西南部、淮北平原。